Num mundo cada vez mais dependente da tecnologia, os elementos conhecidos como terras raras Surgiram como minerais cruciais, um novo “ouro” do século XXI, e têm sido uma fonte de conflito entre países, e continuarão a ser. Esses elementos, apesar do nome, são vitais, e aqui você pode aprender porque eles são tão importantes e o que são esses elementos REE (Elementos de Terras Raras).
¿Quais são as terras raras?
Os terras raras, em inglês REE (Rare-Earth Elements), São um conjunto de minerais entre os quais 15 elementos são abundantes na tabela periódica, conhecidos como série dos lantanídeos. Esses elementos são fundamentais para tecnologias que buscam reduzir emissões, consumo de energia e melhorar eficiência, desempenho, velocidade, durabilidade e estabilidade térmica. São também um componente chave em tecnologias que procuram tornar os produtos mais leves e mais pequenos. Portanto, a base da tecnologia atual, daí a sua importância.
Isso os torna indispensável e insubstituível em muitas aplicações elétricas, ópticas, magnéticas e catalíticas, e por não serem abundantes, isso tem gerado conflitos, guerras e tensões entre países, como veremos mais adiante. Bem, embora os elementos de terras raras sejam relativamente abundantes na crosta terrestre, devido às suas propriedades geoquímicas, eles geralmente estão amplamente dispersos. Isto significa que nem sempre são encontrados em concentrações que os tornem viáveis para mineração. É justamente essa escassez que as levou a serem chamadas de terras raras.
Entre os 17 elementos do REE são:
- Escândio (Sc)
- Ítrio (Y)
- Lantânio (O)
- Cério (Ce)
- Praseodímio (Pr)
- Neodímio (Nd)
- Promécio (Pm)
- Samário (Sm)
- Európio (Eu)
- Gadolínio (Gd)
- Térbio (Tb)
- Disprósio (Dy)
- Hólmio (Ho)
- Érbio (Er)
- Túlio
- Itérbio (Yb)
- Lutécio (Lu)
Propriedades de terras raras
Em relação a as propriedades Das terras raras, ou melhor, de seus elementos, vale destacar:
- Propriedades magneticas: Neodímio, disprósio e samário são valorizados pelas suas propriedades magnéticas. Eles podem armazenar grandes quantidades de energia magnética, tornando-os úteis em turbinas eólicas, motores elétricos, sistemas de orientação, alto-falantes e discos rígidos, etc.
- Propriedades luminescentes: Európio, ítrio, érbio e neodímio possuem propriedades luminescentes, o que significa que emitem luz quando estimulados por radiação eletromagnética. São utilizados em fontes de luz eficientes, displays, amplificação de sinais em linhas de fibra óptica e lasers.
- propriedades elétricas: Cério, lantânio, neodímio e praseodímio são usados em baterias de níquel-hidreto metálico (NiMH) devido às suas propriedades elétricas. Eles fornecem à bateria maior densidade de energia e melhor capacidade de retenção após muitos ciclos de descarga-recarga.
- Propriedades catalíticas: O cério e o lantânio são utilizados como catalisadores de reações químicas devido à sua estrutura eletrônica. Eles são mais abundantes e mais baratos que outras terras raras, tornando-os a principal escolha para aplicações catalíticas.
História
As terras raras estão presentes desde a formação da Terra, no entanto, Eles não foram descobertos até o século 18 pelo tenente do exército sueco Carl Axel Arrhenius.. E o isolamento dos elementos destas terras é ainda mais recente, alguns só chegariam no século XX.
Durante os 160 anos da descoberta (1787-1947), o A separação e purificação de elementos de terras raras foi um processo difícil e demorado. Muitos cientistas dedicaram suas vidas inteiras à obtenção desses elementos puros. Finalmente, como se descobriu que os elementos de terras raras eram produtos da fissão de um átomo de urânio, a Comissão de Energia Atómica dos EUA fez um grande esforço no desenvolvimento de novos métodos de separação. Em 1947, foram publicados resultados mostrando que os processos de troca iônica ofereciam uma maneira melhor de separar elementos de terras raras para produzir os elementos utilizados.
Os elementos terras raras, exceto o escândio, são mais pesados que o ferro e são produzidos por nucleossíntese de supernovas ou pelo processo s em estrelas do ramo assintótico gigante. Na natureza, a fissão espontânea do urânio-238 produz pequenas quantidades de promécio radioativo, mas a maior parte do promécio é produzida sinteticamente em reatores nucleares.
Reservas mundiais de terras raras
Os reservas mais importantes de terras raras No mundo eles são encontrados nos seguintes países:
- China: Possui as maiores reservas do mundo, com aproximadamente 44 milhões de toneladas. Além disso, é o maior produtor de terras raras.
- Vietnã: É o lar de enormes reservas de terras raras, especialmente ao longo da fronteira noroeste com a China e ao longo da costa leste, com 22 milhões de toneladas.
- Brasil e Rússia: Ambos os países têm reservas de 21MT.
- Índia: possui reservas de 6,9 milhões de toneladas.
- Australia: possui reservas de 4,2 milhões de toneladas.
- Estados Unidos: Suas reservas somam 2,3 milhões de toneladas.
- Groenlândia: É calculado em torno de 1,5MT.
É importante mencionar que, embora alguns países tenham grandes reservas, a sua produção pode ser baixa por vários motivos...
E a Europa?
Na Europa, as reservas de terras raras são escassas, e são encontrados principalmente nos seguintes locais:
- Suécia: Acredita-se que possui a maior reserva de terras raras da Europa. A mineradora estatal sueca LKAB identificou uma jazida perto da cidade de Kiruna, no norte do país, que contém mais de um milhão de toneladas de terras raras.
- Finlândia e Portugal: Locais de exploração também foram identificados nestes países.
A respeito da Espanha, sabe-se da existência de reservas de terras raras, embora não tenham sido minuciosamente investigadas. Por exemplo, destacam-se Campo de Montiel (Ciudad Real), Monte Galiñeiro (Pontevedra), e recentemente tem-se falado muito sobre o fundo do mar em comparação com as coisas nas Ilhas Canárias. Alguns destes locais ainda não foram explorados e as reservas que existem não são conhecidas. No caso da reserva galega, a sua exploração foi rejeitada por razões ambientais, e no caso das Ilhas Canárias, Marrocos mantém tensões para assumir essas explorações. …
Processamento e separação
As terras raras são obtidas principalmente através de mineração industrial a céu aberto., em alguns casos a produção de terras raras ocorre como subproduto da mineração de ferro. Os minerais contendo terras raras ocorrem como óxidos, portanto devem ser processados para obter os elementos:
- A extração de terras raras ocorre em minas a céu aberto, por meio de detonações e maquinário pesado.
- Após a extração, o mineral é triturado ou moído para processamento adequado.
- Para separar o minério em óxidos, podem ser utilizados métodos de lixiviação, precipitação e cristalização.
- Utilizando métodos físico-químicos, é realizado o refinamento de óxidos de terras raras em metais com diferentes níveis de pureza.
- Liga de metais de terras raras através de processos químicos.
- Transformação de ligas de terras raras em componentes utilizados em aplicações comerciais.
Tipos de terras raras
Em primeiro lugar, é preciso dizer que existem terras raras leves e terras raras pesadas. Os leves, ou LREE, são mais abundantes e são compostos por lantânio, cério, praseodímio, neodímio, promécio, samário, európio e escândio. No caso dos pesados, ou TREE, geralmente não são tão abundantes, e apresentam concentrações de gadolínio, térbio, disprósio, hólmio, érbio, túlio, itérbio, lutécio e ítrio.
Aplicações
Por fim, é importante saber quais são as aplicações potenciais de terras raras para entender sua importância atual:
- Catalisadores e ímãs: Globalmente, a maioria dos elementos de terras raras são usados para catalisadores e ímãs de alto desempenho (neodímio), bem como para a criação de materiais cerâmicos especiais, vidros e para polimento. Por exemplo, o cério e o lantânio são catalisadores importantes e são utilizados no refino de petróleo e como aditivos para diesel. Por outro lado, quando falamos de ímanes, não nos referimos apenas aos ímanes convencionais, mas estes são utilizados para aplicações como motores eléctricos em veículos híbridos e eléctricos, geradores em algumas turbinas eólicas, discos rígidos, electrónica portátil, microfones e caixas de som.
- Fabricação de ligas e produção de células de combustível e baterias de níquel-hidreto metálico: Cério, lantânio e neodímio são importantes na fabricação de ligas e na produção de células a combustível e baterias de níquel-hidreto metálico.
- Eletrônica: Cério, gálio e neodímio são importantes na eletrônica e são usados na produção de monitores LCD e plasma, fibra óptica e lasers, e em imagens médicas.
- Aplicações médicas, fertilizantes e tratamento de água: São utilizados como traçadores em aplicações médicas, fertilizantes e no tratamento de água.
- Agricultura: têm sido utilizados na agricultura para aumentar o crescimento das plantas, a produtividade e a resistência ao estresse, aparentemente sem efeitos negativos para o consumo humano e animal. Além disso, os elementos de terras raras são aditivos na alimentação do gado, o que resultou no aumento da produção, como animais maiores e no aumento da produção de ovos e produtos lácteos.
- Mais: Os usos são muito extensos, por exemplo, também podem ser usados para datação de fósseis, uma vez que as concentrações de terras raras nas rochas só mudam lentamente por processos geoquímicos, e isso os torna úteis para datação. Outros exemplos são:
- O escândio é usado para fazer luzes de alta intensidade e como agente de rastreamento para refinarias de petróleo.
- O ítrio pode ser adicionado a uma infinidade de ligas metálicas para melhorar suas propriedades.
- O lantânio é usado como catalisador de craqueamento de petróleo e como aditivo para fazer ferro fundido nodular.
- O cério pode ser utilizado em diversas indústrias, desde catalisadores para redução de poluição, até escapamentos de veículos, para produtos de limpeza e pigmentos.
- O praseodímio pode ser ligado a outros metais para criar ímãs para dispositivos eletrônicos, mas também como catalisador.
- O neodímio é amplamente utilizado para fazer ímãs muito potentes, com aplicações como na indústria de motores elétricos, embora também seja utilizado em câmeras, ópticas com lasers, etc.
- O promécio é usado por medidores de espessura como fonte beta, também como bateria de pulso, pode ser convertido em fonte portátil de raios X, etc.
- O samário também é usado para fabricar ímãs permanentes de alta potência, para lentes especiais e materiais absorventes de nêutrons para reatores nucleares.
- O európio é o mais reativo dos metais de terras raras e não é comum em aplicações práticas.
- O gadolínio é usado na medicina, em imagens de ressonância magnética, bem como em microondas, televisores em cores, amplificadores e sistemas de áudio profissionais.
- O térbio é usado para adulterar certos componentes, fabricar dispositivos eletrônicos, etc.
- O disprósio é usado em ligas magnéticas à base de neodímio para torná-las mais resistentes à desmagnetização em altas temperaturas. Também é usado em lâmpadas de descarga de iodetos.
- Hólmio para dispositivos eletrônicos, telas de plasma, lâmpadas de mercúrio, etc.
- Herbium usado para ligas, amplificadores eletrônicos, lasers, etc.
- O túlio é usado para unidades de raios X, lasers de alto alcance, materiais cerâmicos magnéticos, etc.
- Itérbio, comum na indústria metalúrgica para ligas com ferro e aço, catalisadores, lasers e fibras ópticas. Também na medicina nuclear para tratar certas doenças e radioterapia.
- Lutécio, utilizado como catalisador no craqueamento de hidrocarbonetos na indústria petroquímica, na terapia do câncer, etc.
Como você pode ver, fundamental para a indústria eletrônica, especialmente para fabricar capacitores cerâmicos que você os encontrará em muitos PCBs…